Калашник Н.А.

Получение низкоплотных углеродных материалов с повышенной термостойкостью
на основе графитовых фольг
Калашник Н.А., Калашник А.В.
Аспирант, аспирант
Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова,
химический факультет, Москва, Россия
E–mail: natali.koshina@gmail.com
Получение нанослоистых углеродных материалов имеет как фундаментальную, так
и практическую значимость. При изготовлении уплотнительных материалов на основе
графитовой фольги (ГФ) до 60% остается в остатках, которые нужно утилизировать
либо перерабатывать. Кроме того низкоплотные углеродные материалы часто
используют при высоких температурах, поэтому важно увеличить область применения
графитовых материалов выше 450°C.
Получение низкоплотных углеродных материалов проводили по следующей
методике. Дробленную графитовую фольгу выдерживали в дистиллированной воде, 4%
водных растворах борной и фосфорной кислот в соотношении m(ГФ):m(раствора)=1:5.
Затем отфильтровывали основную часть жидкости и подвергали термической
деструкции при 900°C в муфельной печи в статическом режиме. Полученные
низкоплотные углеродные материалы имели насыпную плотность равную 26 г/л, 12,2 г/л
и 14,5 г/л для образцов, полученных термодеструкцией фольги обработанной H2O,
H3BO3 и H3PO4 соответственно. Далее прокаткой без связующего получали образцы
фольги, которые будем называть ГФ1, ГФ2 и ГФ3 в зависимости от раствора, которым
пропитывали: дистиллированная вода, раствор борной или фосфорной кислоты
соответственно.
Термогравиметрический анализ проводили на синхронном термоанализаторе
NETZSCH STA 449C Jupiter при динамическом нагреве образца при скоростях нагрева:
5 К/мин, 10 К/мин и 15 К/мин, до 1200°С в потоке воздуха (50 мл/мин). Результаты
термогравиметрического анализа показывают, что температура начала окисления в
случае с ГФ2 сдвигается на 100°С, а с ГФ3 – на 110°С в область высоких температур, по
сравнению с образцом фольги ГФ1.
При помощи пакета программ фирмы Netzsch экспериментальные кривые потери
массы образцов ГФ1 и ГФ2 плотностью 1,0 г/см3 были описаны с точки зрения
формальной кинетики двумя последовательными стадиями:
1) Уравнением Праута-Томпкинса реакции n-ого порядка с автокатализом (Bna)
d
 E 
n

 A  exp   a   1      m
dt
 RT 
,
2) Уравнением реакции n-ого порядка (Fn)
d
 E 
n

 A  exp   a   1   
dt
RT


,
где α – степень превращения исходного образца; (1-α) – степень незавершенности
процесса; Еа – энергия активации реакции окисления, кДж/моль; n – порядок реакции;
m – фактор ветвления; A – предэкспоненциальный множитель, характеризующий
размерность реакции. Кинетические характеристики полученных уравнений
представлены в таблице 1.
Таблица 1. Результаты расчета кинетических параметров по кривым окисления.
Кинетическая
Порядок
Фактор
Доля
Образец
Eа, kJ/mol
logA
модель
реакции, n ветвления, m реакции
Bna
155,4±0,3 4,67±0,02 0,165±0,004 0,027±0,001 0,85
ГФ1
Fn
201,8±0,5 7,05±0,03 0,066±0,002
0,15
Bna
124,3±0,9 2,67±0,04 0,23±0,01
0,16±0,01
0,70
ГФ2
Fn
211±4
6,9±0,2
0,57±0,04
0,30